[发明专利]一种科里奥利质量流量计数字驱动系统设计方法

权利要求书

1.一种科里奥利质量流量计数字驱动系统设计方法，其特征在于：包括如下步骤，

步骤S01：根据科里奥利质量流量计特性，设计模糊PI的幅值控制算法；

步骤S02：将所述步骤S01模糊PI的幅值控制算法运用在科里奥利质量流量计数字式驱动系统中，从而使测量管在测量不同流体和不同测量环境中能够快速的保持稳幅振动；

所述模糊PI的幅值控制算法，具体实现过程如下：

PI控制器以控制系统的输入偏差作为输入，采用比例和积分两个参数的组合达到控制效果，PI控制算法描述为：

式中，t为时间参数，为设定值和实测值的差值，即输入偏差；和分别为PI控制算法的比例和积分参数；

为了实现数字式PI控制器，把上式中积分项用求和的方式来近似，得到下式所示的数字式PI控制算法：

式中，和分别为数字式PI控制算法中的比例和积分系数，k时间和j时间的输入偏差分别用e(k)和e(j)表示；

由上式可知，比例系数是PI控制算法的基本控制系数，由于单纯采用比例控制器的控制系统中，只能改变偏差信号的幅值，不能减小系统的稳态误差，影响系统的稳定性，故而引入积分系数用来减小系统的稳态误差，积分系数与稳态误差的积分成正比例，所以积分系数会随着误差的变化而变化，直到消除稳态误差；

模糊PI控制算法就是通过实时调整PI控制器的参数，以达到精确控制复杂系统；

加入模糊控制理论后的模糊PI控制器比例和积分系数分别为：

上式中和分别为单独PI控制器的初始参数，和分别为模糊控制后得到的PI控制器比例和积分参数的整定值。

2.根据权利要求1所述的一种科里奥利质量流量计数字驱动系统设计方法，其特征在于：所述运用模糊PI的幅值控制算法的科里奥利质量流量计数字式驱动系统的驱动方式如下，

步骤S31：自激启振：采用正负交替阶跃信号来驱动科里奥利质量流量计的测量管启振；

步骤S32：频率估计：首先，采用基于FIR的低通滤波器对采样的测量管输出信号进行滤波处理，然后通过设置阀值找到零点附近的数据，采用最小二乘法曲线拟合求出相邻的过零点，最后计算出测量管输出信号的频率；

步骤S33：模糊PI幅值控制：通过数字幅值检测得到测量管输出信号的幅值，然后对给定幅值和检测得到的幅值分别取自然对数再相减得到模糊PI的输入偏差，作为模糊PI控制器的其中一个输入，并经过模糊PI控制器控制得到输出信号的幅值增益；

步骤S34：驱动信号合成：由步骤S32所得的输出信号频率及步骤S33所得的输出信号幅值增益，通过DDS波形数字式频率合成技术合成驱动信号。

3.根据权利要求2所述的一种科里奥利质量流量计数字驱动系统设计方法，其特征在于：所述步骤S31的自激启振，具体实现过程如下，

对驱动的正阶跃信号作拉普拉斯变换后，得到正阶跃信号的响应函数：

式中，为阶跃信号的幅值，为科里奥利质量流量管的特性参数，为流量管的自然振荡频率；由上式可知，其输出信号只有一种频率分量，当采用同一幅值的负阶跃信号时，有相同的幅值，但是相位相反；因此，为了使测量管的振动幅值能够更快的达到传感器的检测阀值，采用正负交替阶跃激励的方式；

K为输出信号相位，当测量管的输出信号相位在上式所示的范围内时施加负阶跃；当相位不在上式范围内时施加正阶跃，使得激励信号幅值加强；同时为了判定输出信号的相位，需要使用过零检测方法，即设定一个固定的阀值，当输出信号的幅值大于阀值时，加入负阶跃激励信号，当输出信号的幅值小于时，加入正阶跃激励信号。

4.根据权利要求3所述的一种科里奥利质量流量计数字驱动系统设计方法，其特征在于：所述阀值应大于环境噪声的幅值。

5.根据权利要求2所述的一种科里奥利质量流量计数字驱动系统设计方法，其特征在于：所述步骤S32采用最小二乘法曲线计算出测量管输出信号的频率的方式为：通过2次曲线拟合后的二次方程，如果有两个不同的解，则舍弃不在和，之间的解；如果有两个相同的解，则是最后的零点；如果无解，则另取三个点进行拟合；得到相邻的两个零点后，即可得输出信号的频率；其中，和分别为n时刻和（n-1）时刻滤波后的数据。